JP2002543285A - Method and apparatus for obtaining hydrogen - Google Patents

Method and apparatus for obtaining hydrogen

Info

Publication number
JP2002543285A
JP2002543285A JP2000613859A JP2000613859A JP2002543285A JP 2002543285 A JP2002543285 A JP 2002543285A JP 2000613859 A JP2000613859 A JP 2000613859A JP 2000613859 A JP2000613859 A JP 2000613859A JP 2002543285 A JP2002543285 A JP 2002543285A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
hollow
microfibers
hollow microfibers
frame
electrolyte
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000613859A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
レネベック・クラウス
Original Assignee
レネベック・クラウス
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by レネベック・クラウス filed Critical レネベック・クラウス
Publication of JP2002543285A publication Critical patent/JP2002543285A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01Products
    • C25B1/02Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/36Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10Process efficiency
    • Y02P20/129Energy recovery, e.g. by cogeneration, H2recovery or pressure recovery turbines

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 本発明は、省スペースで、装置の移動中も電解流体に乱流が生じにくい、電解によって水素を得る方法と装置に関する。この方法では、第1電解質を中空マイクロ繊維の内部に供し、この中空マイクロ繊維がその壁の表面に肉厚を隔ててアノードとカソードとを配し、第2電解質を中空マイクロ繊維の外側に供してこの中空繊維の外側壁のまわりを流れるようにし、そしてアノードとカソードとの間に電圧を印加する。またこの装置は、スタック状に積重ねられた複数の中空マイクロ繊維、この中空マイクロ繊維の内側表面と外側表面とに設けられたアノードとカソード、および中空マイクロ繊維の端部が寸法の安定した様式でその中で束ねられるフレームとを備え、さらにこのフレームが環状フランジとして造られて、ここで、中空マイクロ繊維が、互いに平行な平面のそれぞれに不規則に設けられている、または中空マイクロ繊維が平行な平面のそれぞれに設けられて、各平面の中空マイクロ繊維が、隣接する平面の中空マイクロ繊維に対して15°傾いているものである。   (57) [Summary] The present invention relates to a method and an apparatus for obtaining hydrogen by electrolysis, which are space-saving and hardly generate turbulence in an electrolytic fluid even during movement of the apparatus. In this method, a first electrolyte is provided inside a hollow microfiber, and the hollow microfiber arranges an anode and a cathode on a surface of a wall thereof with a thickness therebetween, and a second electrolyte is provided outside the hollow microfiber. Flow around the outer wall of the leverage hollow fiber and apply a voltage between the anode and cathode. The device also comprises a plurality of hollow microfibers stacked in a stack, anodes and cathodes provided on the inner and outer surfaces of the hollow microfibers, and ends of the hollow microfibers in a dimensionally stable manner. A frame bundled therein, wherein the frame is formed as an annular flange, wherein the hollow microfibers are provided irregularly in each of the planes parallel to each other, or the hollow microfibers are parallel. And the hollow microfibers of each plane are inclined by 15 ° with respect to the hollow microfibers of the adjacent plane.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 本発明は、電気分解によって水素を得る方法および装置、特に、大気圧あるい
は30バールまでの圧における同方法および装置に関する。
The present invention relates to a method and a device for obtaining hydrogen by electrolysis, in particular at atmospheric pressure or pressures up to 30 bar.

【0002】 電気分解によって水素を得る、電解槽としても知られている公知の装置は、二
極式電解セルで造られる。このような電解セルの有する二極式フィルム膜は、一
方の側にカソードを、他方の側に膜の厚さで隔ててアノードを配する。電解流体
の容量は、膜の両側で互いに等しい。電極に電圧が印加されると、電解質から、
カソード側で水素が発生し、アノード側で酸素が発生する。
[0002] A known device for obtaining hydrogen by electrolysis, also known as an electrolytic cell, is made of a bipolar electrolytic cell. The bipolar film membrane of such an electrolytic cell has a cathode on one side and an anode on the other side separated by the thickness of the membrane. The volume of the electrolytic fluid is equal to each other on both sides of the membrane. When a voltage is applied to the electrodes,
Hydrogen is generated on the cathode side, and oxygen is generated on the anode side.

【0003】 電解槽の利用について、水素自動車では必須の車載燃料の生成を目標とするう
えで特に関心が高まっている。しかし現状技術における平面的な電解槽は、大容
量となるうえに、自動車の走行中に、内蔵した電解槽も移動するので、電解流体
に乱流が生じるため、車載燃料生成という目的には不向きである。加えて公知の
電解槽は、その肉厚が薄いため、二極式平面フィルムの安定化を多くの個所でお
こなわなければならず、製造費用がかさむ。
[0003] The use of electrolyzers is of particular interest in hydrogen vehicles, with the goal of producing the essential on-board fuel. However, the flat electrolytic cell in the state of the art has a large capacity and the built-in electrolytic cell also moves while the vehicle is running, so turbulence occurs in the electrolytic fluid, which is not suitable for the purpose of producing fuel for vehicles. It is. In addition, since the known electrolytic cell has a small thickness, it is necessary to stabilize the bipolar flat film in many places, which increases the production cost.

【0004】 したがって本発明の目的は、特定的には自動車に車載した状態で行うことがで
き、ほんのわずかなスペースしか要しない、電気分解によって水素を製造可能と
する方法を特定化することである。さらにまた本発明の目的は、この方法を実施
する装置を特定化することである。
[0004] It is therefore an object of the present invention to specify a method which can be carried out specifically in a motor vehicle, requires only a small amount of space, and makes it possible to produce hydrogen by electrolysis. . It is a further object of the present invention to specify an apparatus for performing the method.

【0005】 本発明によれば、この目的は請求項1に記載された方法と、請求項8に記載さ
れた装置によって達成される。
[0005] According to the invention, this object is achieved by a method according to claim 1 and an apparatus according to claim 8.

【0006】 電解によって水素を製造する本発明の方法の場合、第1電解質を中空マイクロ
繊維の内部に供し、この中空マイクロ繊維の壁を隔ててその表面に、アノードと
カソードとを配し、第2電解質を中空マイクロ繊維の外側に供してこの中空繊維
の外側壁のまわりを流れるようにし、そしてアノードとカソードとの間に電圧を
印加する。
[0006] In the method of the present invention for producing hydrogen by electrolysis, a first electrolyte is provided inside a hollow microfiber, and an anode and a cathode are arranged on the surface of the hollow microfiber across a wall thereof. A bi-electrolyte is provided outside the hollow microfiber to flow around the outer wall of the hollow fiber and a voltage is applied between the anode and cathode.

【0007】 本発明の電解質と電極の設備により、小容量で非常に大きな反応表面を達成で
きる。さらに、この設備をたとえば自動車に使用した場合に、この設備自体も移
動することになるが、その間、電解流体の乱流はまったくあるいはほとんど起こ
らずに、この方法の実用化はトラブルなく進めることができる。
With the electrolyte and electrode equipment of the present invention, very large reaction surfaces with small volumes can be achieved. Furthermore, when this equipment is used, for example, in an automobile, the equipment itself also moves, but during this time, turbulence of the electrolytic fluid does not occur at all or almost, and the practical application of this method can proceed without trouble. it can.

【0008】 本発明の方法に関して、「まわりを流れる」という表現は、中空マイクロ繊維
の外壁が電解流体と接触していることと理解すべきである。中空マイクロ繊維の
外側表面の本質的に全体が液体電解質と接触し、できるかぎり大きい反応表面が
適用可能になっていれば、この方法は確実に最適な運用ができる。ここで、電解
流体を連続的に供給し、中空マイクロ繊維内および中空マイクロ繊維まわりに存
在する電解質の量が連続的に一定に維持されていると好ましい。
For the method of the present invention, the expression “flowing around” should be understood that the outer wall of the hollow microfiber is in contact with the electrolytic fluid. This method ensures optimal operation if essentially all of the outer surface of the hollow microfiber is in contact with the liquid electrolyte and the largest possible reactive surface is applicable. Here, it is preferable that the electrolytic fluid is continuously supplied so that the amount of the electrolyte present in and around the hollow microfibers is continuously maintained constant.

【0009】 製造反応生成物、特に水素を、後続の過程に供給して、利用あるいはさらに処
理することができる。後続の過程の一例として、燃料電池が挙げられる。このよ
うな燃料電池は、たとえば電気自動車における個々の電流発生への利用や、宇宙
ステーションなどで用いる飲料水の製造への利用が、高まっている。本発明の電
気分解方法によって、そのような燃料電池に必要な燃料を少なくとも部分的に賄
うことができる。また燃料電池に必要な水素貯蔵には公知の問題点が付随してい
たが、本発明の電気分解方法によって、このような問題点のある水素貯蔵を避け
る、あるいは少なくとも軽減するという利点がもたらされた。
[0009] The production reaction product, in particular hydrogen, can be fed to a subsequent step for utilization or further processing. An example of a subsequent process is a fuel cell. Such fuel cells are increasingly used, for example, for generating individual electric currents in electric vehicles and for producing drinking water used in space stations and the like. The electrolysis method of the present invention can at least partially cover the fuel required for such a fuel cell. Known problems have been associated with the storage of hydrogen required for fuel cells, but the electrolysis method of the present invention has the advantage of avoiding or at least reducing hydrogen storage with such problems. Was done.

【0010】 利用分野に応じて、本発明の方法において必要な電圧供給は、種々の電源から
発せられている。つまりそのエネルギーは、たとえば光起電力要素、エレクトリ
ックダイナモ、太陽電池によって、供給することができる。さらに本発明の方法
を自動車で用いるときは、このエネルギーは、風が吹いているときの風力アネモ
メータ、インペラー駆動機によって、あるいは制動動力を部分的に回収すること
によっても、供給できる。
Depending on the field of application, the voltage supply required in the method according to the invention originates from various power sources. That is, the energy can be supplied by, for example, a photovoltaic element, an electric dynamo, or a solar cell. Furthermore, when the method of the invention is used in a motor vehicle, this energy can be supplied by a wind anemometer when the wind is blowing, an impeller drive or by partially recovering the braking power.

【0011】 本発明の方法に用いる繊維として中空マイクロ繊維を扱うが、中空マイクロ繊
維とは、それら繊維の相当外径がマイクロメートルの数十分の1から数ミリメー
トルまでの範囲のものを意図している。一般的に「ナノ繊維」という用語は、1
0マイクロメートルより小さい径を有する繊維を表すものとして徐々に受け入れ
られてきた。本発明に関して、「中空マイクロ繊維」という用語を使っていると
き、この中空マイクロ繊維は、通常の方法でたとえば紡糸して製造されたもので
も、該当する径を備えた、薄いフィルムを巻いてできた毛管やスプルーから製造
されたものでも、いずれでもよいことを理解すべきである。
[0011] Hollow microfibers are treated as fibers used in the method of the present invention. Hollow microfibers are intended to be fibers whose equivalent outer diameters are in the range of one tenth of a micrometer to several millimeters. ing. In general, the term “nanofiber” refers to 1
It has been increasingly accepted as representing fibers having a diameter of less than 0 micrometers. In the context of the present invention, when using the term "hollow microfiber", this hollow microfiber can be produced by winding a thin film of the appropriate diameter, even if produced by conventional methods, for example by spinning. It should be understood that any of these may be made from capillary tubes or sprues.

【0012】 この種の中空マイクロ繊維の製造が、本出願人によるEP-A-0 874 78
8に述べられている。およそ0.01μmから15μmの薄い肉厚で相当外径が0
.5μmから35μmという細さのこのような中空マイクロ繊維が、紡糸によって
製造できる。肉厚や相当外径の小ささによって、中空マイクロ繊維は織物のよう
な特性を有するようになる。つまり破損することなく極めて容易に曲げられると
いうことである。EP-A-0 874 788に述べられている製造方法によると
、極めて精密な寸法を有する中空マイクロ繊維が製造でき、その際の厚さや相当
外径の増減は±6%以内である。径および特に厚さの寸法が正確に保たれている
ことによって、中空マイクロ繊維の全長にわたって、本発明の方法を、確実に均
等に進めることができる。
The production of such hollow microfibers is described in EP-A-0 874 78 by the applicant.
8. Approximately 0.01 μm to 15 μm thin wall thickness and equivalent outer diameter of 0
. Such hollow microfibers as thin as 5 μm to 35 μm can be produced by spinning. Hollow microfibers have woven-like properties due to their small thickness and substantial outside diameter. That is, it can be bent very easily without breaking. According to the production method described in EP-A-0 874 788, hollow microfibers having extremely precise dimensions can be produced, and the increase or decrease in the thickness or the equivalent outer diameter at that time is within ± 6%. Accurate maintenance of the dimensions of the diameter and in particular of the thickness ensures that the method of the invention can proceed uniformly over the entire length of the hollow microfiber.

【0013】 あるいはまた本発明に必要な中空繊維が、平面的で平滑な、または構造化され
たプラスチックフィルムまたは二極式のフィルムから、それらを巻きつけてスプ
ルーにあるいは螺旋毛管にして、製造することもできる。特に0.28mmから1
0mmの相当外径を有する中空繊維が、この様式で製造できる。これに関して、立
体性を有するフィルムから製造された毛管に関する「相当外径」という表現は、
立体性を有する毛管の実際の外周表面積に等しい外周表面積の場合の径に相当す
るものとして、理解される。さらにこれに関して、フィルムを巻きつけてスプル
ールにする方法は、たとえばたばこ製造などから公知となっている方法と同様の
ものである。このような様式で製造する、スプールや螺旋毛管の長さは通常、お
よそ0.03mから3.00mである。いっぽう、電解で水素を得るための本発明
の方法で用いるスプールでは、通常、およそ0.5mから1.0mの長さが好適で
ある。そして長さ/径の比は、適切で感知しうるものであれば、特に限定されな
い。スプールや螺旋毛管が形成されたあと、それらをガラス化してもよい。フィ
ルムが電極材料と共に押し出されてから、さらに処理してスプールや螺旋毛管に
してもよい。これに関して特に、フィルム製造にゾルゲル法を使うこともできる
Alternatively, the hollow fibers required for the present invention are produced from flat, smooth or structured plastic films or bipolar films, which are wound into sprues or spiral capillaries. You can also. Especially from 0.28mm to 1
Hollow fibers having an equivalent outer diameter of 0 mm can be produced in this manner. In this regard, the expression "equivalent outer diameter" for capillaries made from films with three-dimensionality is:
It is understood to correspond to the diameter in the case of an outer peripheral surface area equal to the actual outer peripheral surface area of a capillary having three dimensions. In this regard, the method of winding the film into a sprue is similar to the method known from, for example, tobacco manufacture. Spools and spiral capillaries manufactured in this manner typically have a length of approximately 0.03 m to 3.00 m. On the other hand, for a spool used in the method of the invention for obtaining hydrogen by electrolysis, a length of about 0.5 m to 1.0 m is usually preferred. The length / diameter ratio is not particularly limited as long as it is appropriate and can be sensed. After the spools and spiral capillaries have been formed, they may be vitrified. After the film has been extruded with the electrode material, it may be further processed into spools or spiral capillaries. In this connection, in particular, the sol-gel method can also be used for film production.

【0014】 本発明の方法で用いる中空マイクロ繊維の開始材料として、たとえば、炭素中
空ナノ繊維、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリエーテルケトンケトン
、ポリメチルペンテン(TPX)、酸化ジルコニウム、PTFE、高分子たんぱく質、
混合酸化物、スピネルそしてゼオライトのような、二極式膜技術から確証された
膜材料すべてが利用可能である。膜フィルムおよび高分子フィルムの両面は、電
極材料でコーティングされている。たとえば、マグネシウム、アルミニウムのよ
うな金属、あるいはスピネルなどが、電極材料としてふさわしい。真空プラズマ
溶射方法はみずから、電極製造として極めて適切な方法であることを明示してい
る。この溶射プロセスにおいて、溶射材料を粉末形態でプラズマビーム中に射出
すると、これらの材料は溶融し運び出されて、次いでコーティングとしてフィル
ム上に付着する。溶射パラメーターを最適化することによって、種々の表面形態
を有する電極材料で、目標とするコーティングが可能となり、これによって、水
の電解中の電圧ロスを相当減らすことができる。一例として、ガス粉砕したNiAl
Mo粉末の真空プラズマ溶射を挙げることができる。この溶射で、アルミニウムを
大量に浸出させて溶かしさり、高度な立体性を有する表面部分、いわゆるラネー
ニッケルが製造される。このような高度な立体性を有する表面は、本発明の方法
で触媒を効率的に付着し埋め込むのに、望ましい。真空プラズマ溶射以外で、こ
のような高度な立体性を有するもしくは黒鉛化された電極材料の表面を製造でき
るものとして、「陽極酸化」という公知の方法もある。
As starting materials for hollow microfibers used in the method of the present invention, for example, carbon hollow nanofibers, polyetheretherketone (PEEK), polyetherketoneketone, polymethylpentene (TPX), zirconium oxide, PTFE, Molecular proteins,
All membrane materials validated from bipolar membrane technology are available, such as mixed oxides, spinels and zeolites. Both surfaces of the membrane film and the polymer film are coated with an electrode material. For example, metals such as magnesium and aluminum, or spinel are suitable as electrode materials. The vacuum plasma spraying method itself clearly indicates that it is a very suitable method for manufacturing electrodes. In this spraying process, when the sprayed materials are injected into a plasma beam in powder form, these materials are melted and carried away and then deposited on the film as a coating. By optimizing the spray parameters, targeted coatings with electrode materials having different surface morphologies are possible, which can significantly reduce the voltage loss during water electrolysis. As an example, gas-milled NiAl
Vacuum plasma spraying of Mo powder can be mentioned. In this thermal spraying, a large amount of aluminum is leached out and dissolved to produce a surface portion having a high degree of three-dimensionality, so-called Raney nickel. Such highly steric surfaces are desirable for the efficient attachment and embedding of the catalyst in the method of the present invention. In addition to the vacuum plasma spraying, there is a known method called "anodic oxidation" as a method capable of producing the surface of such a highly three-dimensional or graphitized electrode material.

【0015】 本発明の方法で使用する反応において適切な触媒材料、たとえばTiO2、WO3、V
O5、Pt、Ruが、電極のコーティング表面もしくは黒鉛化表面に付着される。触媒
はクラスター形態で付着される。触媒は多孔性状態となって、イオンが中空マイ
クロ繊維膜を妨げなく通過できるようにしなければならない。
[0015] Suitable catalyst materials for the reaction used in the method of the invention, such as TiO 2 , WO 3 , V
O 5 , Pt, Ru are deposited on the coated or graphitized surface of the electrode. The catalyst is deposited in cluster form. The catalyst must be in a porous state to allow ions to pass through the hollow microfiber membrane without interruption.

【0016】 立体性を有する、たとえば、ひだ付きの、波形の、もしくは波状のフィルムを
、スプルーや螺旋毛管の製造に利用することによって、スプルーや螺旋毛管の反
応に利用可能な表面がさらに広くなる。立体性を有するフィルムを利用すること
によるさらなる利点は、これらのフィルムから製造したスプルーや毛管の示す曲
げ強さが高まることである。
The use of three-dimensional, eg, pleated, corrugated, or wavy films in the manufacture of sprue and spiral capillaries further increases the surface available for sprue and spiral capillary reactions. . A further advantage of utilizing films having three-dimensionality is that the sprues and capillaries made from these films exhibit increased flexural strength.

【0017】 本発明の方法では、中空繊維の壁の密度は、電解質のイオンはその壁を通って
拡散できるが得られた反応生成物はその壁を通れないように設計されていなけれ
ばならない。これによって、反応生成物を別にとりわけて、反応生成物ごとに運
び去ってさらなる利用をはかることができる。
In the method of the present invention, the density of the walls of the hollow fibers must be designed such that the ions of the electrolyte can diffuse through the walls but the resulting reaction products do not. This allows the reaction products to be carried away for further utilization, especially above all else.

【0018】 第1電解質の組成と第2電解質の組成とが同じであると好ましい。電解流体は
、たとえば適切な液体電解質として公知のものでよく、特に限定されない。本発
明を完ぺきに利用することによって、水酸化カリウム液ばかりでなく純水も、電
解質として用いることが可能となる。このようにして、極めて純度の高い水とKO
H液とを用いることによって、水をその組成である水素と酸素とに完ぺきに分解
できるので、使用する中空マイクロ繊維の寿命は、確実に、可能なかぎり長くで
きる。しかし変更形態によっては、いずれか一方または両方の電解流体に廃水を
用いることも可能である。ただしこの廃水は、前もって濾過し中空繊維を詰まら
せるおそれをなくしておかなければならない。本発明の方法を、たとえば有人宇
宙船で水素や清浄な飲料水を得るために使用するとき、そこの人間の尿を電解流
体として使える。本発明の方法によって、尿が含む水素組成分と酸素組成分をガ
スとして取出し、たとえば燃料電池ユニットなどにおいて続いて行う合成プロセ
スにて、純水に合成する。廃水や尿に含まれる組成分のうち、本発明の方法によ
って再生されなかったものは、時間の経過とともに、中空マイクロ繊維の内側壁
や外側壁に付着するようになるため、逆向きに洗い流さなければならない。中空
マイクロ繊維に関して、本発明の方法によって尿が第1電解質および第2電解質
としてその繊維を通過した場合、繊維の寿命は、繊維の径に応じて、およそ20
,000運転時間となる。
It is preferable that the composition of the first electrolyte and the composition of the second electrolyte are the same. The electrolytic fluid may be, for example, one known as a suitable liquid electrolyte, and is not particularly limited. By making full use of the present invention, not only potassium hydroxide solution but also pure water can be used as the electrolyte. In this way, extremely pure water and KO
By using the H liquid, water can be completely decomposed into its composition, hydrogen and oxygen, so that the life of the hollow microfibers used can be assuredly prolonged. However, depending on the variant, it is also possible to use wastewater for one or both of the electrolytic fluids. However, this wastewater must be filtered in advance to eliminate the risk of clogging the hollow fibers. When the method of the present invention is used to obtain hydrogen or clean drinking water, for example, on a manned spacecraft, human urine there can be used as the electrolytic fluid. According to the method of the present invention, a hydrogen component and an oxygen component contained in urine are extracted as gases, and are synthesized into pure water in a subsequent synthesis process in, for example, a fuel cell unit. Of the components contained in wastewater and urine, those not regenerated by the method of the present invention will adhere to the inner and outer walls of the hollow microfibers with the passage of time, and must be washed away in the opposite direction. Must. For hollow microfibers, if urine passes through the fiber as the first and second electrolytes according to the method of the present invention, the life of the fiber will be approximately 20%, depending on the diameter of the fiber.
2,000 operation hours.

【0019】 本発明の方法を実施するに際して、第1電解質を複数の部分流に分けて、これ
らの部分流を、平行な平面のそれぞれに位置する複数の中空マイクロ繊維内に導
入し、第2電解質を、平行な平面のそれぞれに位置する中空マイクロ繊維の外側
壁のまわりを流れるように供すると好ましい。かくして本発明の方法で用いる中
空繊維は、スタック状に重ねられて位置する。ただしこの詳細は、本発明の装置
の説明に関連して後述することとする。単一の中空マイクロ繊維からできた電極
は、この設備のなかで並列につながれて、その結果、同じ電圧を各繊維に印加で
きる。このようにして、同量の反応生成物が各繊維から得られる。本発明の方法
のこのような運用の特徴は、シンプル性と省スペース性とが共に、特に高いこと
である。本発明の方法は、およそ100,000本から900,000本の中空
マイクロ繊維を含む設備を使用して行うのが好ましい。
In practicing the method of the present invention, the first electrolyte is divided into a plurality of partial streams, and these partial streams are introduced into a plurality of hollow microfibers located on respective parallel planes, and the second Preferably, the electrolyte is provided to flow around the outer wall of the hollow microfiber located in each of the parallel planes. Thus, the hollow fibers used in the method of the present invention are located in a stack. However, the details will be described later in connection with the description of the apparatus of the present invention. Electrodes made from a single hollow microfiber are connected in parallel in this installation so that the same voltage can be applied to each fiber. In this way, the same amount of reaction product is obtained from each fiber. A feature of such operation of the method of the invention is that both simplicity and space saving are particularly high. The method of the present invention is preferably performed using equipment comprising approximately 100,000 to 900,000 hollow microfibers.

【0020】 特に有利な実施態様によると、本発明の方法は、およそ100℃より低い温度
で、特におよそ95℃より低い温度で、実施される。本発明の方法を自動車で使
用するときに、温度が低ければ、生成ガスの点火の恐れが減って、特に有利であ
る。さらに加えて、本発明の方法はこの様式で大気圧下で実施でき、この場合、
本発明の方法を行うのに必要な装置を簡潔に造ることができるようになる。電極
上に触媒を設けることによって、本発明の方法は、上記した低い温度でも行える
ようになる。ただし触媒ではなくいわゆる「分割毛管(split capillaries)」を
用いてもよい。この場合、分子ふるいを用いて処理を行う。
According to a particularly advantageous embodiment, the process according to the invention is carried out at a temperature below about 100 ° C., in particular at a temperature below about 95 ° C. When using the method of the invention in a motor vehicle, a lower temperature is particularly advantageous since the risk of ignition of the product gas is reduced. Still further, the method of the present invention can be performed in this manner at atmospheric pressure, wherein
The equipment required to carry out the method of the invention can be simplified. By providing a catalyst on the electrode, the method of the present invention can be performed even at the low temperature described above. However, so-called "split capillaries" may be used instead of the catalyst. In this case, the treatment is performed using a molecular sieve.

【0021】 第1電解質あるいは第2電解質を、中空繊維内部に導入する前に、あるいは中
空繊維の外側壁のまわりに提供する前に、それら電解質の少なくとも一方を、1
本または数本の貯蔵用中空マイクロ繊維内部に収容しておくと好ましい。つまり
これらの貯蔵用繊維はタンクとして機能しており、液体電解質は、使うときまで
このタンクに保管しておくことになる。炭素中空ナノ繊維、PTFE、PEEK、PEEKK
、TPXはみずから、貯蔵用中空繊維として特に適切な材料であることを明示した
。これらの貯蔵用中空繊維は、相当外径がおよそ3μmから25μm、特におよそ
10μmから25μmで、肉厚がおよそ1μmから3μmであると好ましい。特に好
適な実施態様によると、貯蔵用中空繊維の壁を准浸透性または半透性にして、収
容する液体を繊維壁内部でも収容可能にしてある。このようにすれば貯蔵容量を
容易に増やすことができる。本発明の方法に必要な電解流体に対して、上記のよ
うな貯蔵を行うことによって、たとえば加速中のように移動状態下では、液体の
前後の跳ね返りを防止でき、漏れの危険性が低下する。したがってこのような貯
蔵は、自動車での使用に特に適切である。
Before introducing the first or second electrolyte into the interior of the hollow fiber or providing it around the outer wall of the hollow fiber, at least one of the electrolytes may
It is preferable to house it inside one or several hollow microfibers for storage. That is, these storage fibers function as a tank, and the liquid electrolyte is stored in this tank until it is used. Carbon hollow nanofiber, PTFE, PEEK, PEEKK
Indeed, TPX has demonstrated that it is a particularly suitable material for storage hollow fibers. These storage hollow fibers preferably have an equivalent outside diameter of about 3 to 25 μm, especially about 10 to 25 μm, and a wall thickness of about 1 to 3 μm. According to a particularly preferred embodiment, the walls of the storage hollow fibers are semi-permeable or semi-permeable so that the liquid to be contained can also be contained inside the fiber walls. In this way, the storage capacity can be easily increased. By performing the above-mentioned storage for the electrolytic fluid required for the method of the present invention, it is possible to prevent the liquid from bouncing back and forth under a moving state, for example, during acceleration, and to reduce the risk of leakage. . Such storage is therefore particularly suitable for use in motor vehicles.

【0022】 本発明の方法を行うのに適切な装置は、スタック状に積重ねられた複数の中空
マイクロ繊維と、この中空マイクロ繊維の内側表面と外側表面とに設けられたア
ノードとカソードと、中空マイクロ繊維の端部が寸法の安定した形態でその中で
束ねられるフレームとを備える。かくしてこのスタック状に積重ねられた中空マ
イクロ繊維は、フレームに束ねられて最終的に得た厚さのディスクを、形成する
Apparatus suitable for carrying out the method of the invention comprises a plurality of hollow microfibers stacked in a stack, an anode and a cathode provided on the inner and outer surfaces of the hollow microfibers, A frame in which the ends of the microfibers are bundled in a dimensionally stable form. The hollow microfibers thus stacked in a stack are bundled into a frame to form a disk of the final thickness.

【0023】 中空繊維がフレーム内で束ねられる形態は特に限定されず、たとえばフレーム
で中空繊維の端部を接合する方法がある。そして中空繊維の端部は、フレームの
外周上で露呈しており、中空繊維内部に、すなわち中空繊維の内径に、確実にア
クセスできるようになっている。
The form in which the hollow fibers are bundled in the frame is not particularly limited. For example, there is a method of joining the ends of the hollow fibers with the frame. The end of the hollow fiber is exposed on the outer periphery of the frame, so that the inside of the hollow fiber, that is, the inner diameter of the hollow fiber can be securely accessed.

【0024】 特に好適な実施態様によると、中空マイクロ繊維がスタック内部で互いに平行
に配列されて、フレームは、長方形または正方形の形状である。したがってこの
場合、スタック内のすべての中空マイクロ繊維の長さは本質的に同じとなる。
According to a particularly preferred embodiment, the hollow microfibers are arranged parallel to each other inside the stack, and the frame is rectangular or square in shape. Thus, in this case, the length of all hollow microfibers in the stack will be essentially the same.

【0025】 別の実施態様によると、フレームが環状フランジとして造られて、中空マイク
ロ繊維が、不規則にスタック状に積重ねられて維持されている。この配列の利点
は、製造にわずかな時間しかかからず、スクラップ発生率が非常に低いことであ
る。
According to another embodiment, the frame is made as an annular flange and the hollow microfibers are maintained in an irregular stack. The advantage of this arrangement is that the production takes only a little time and the scrap rate is very low.

【0026】 さらに別の実施態様によると、フレームが環状フランジとして造られて、中空
マイクロ繊維が、平行な平面のそれぞれに配列されて、ここで、各平面に位置す
る中空マイクロ繊維が、隣接する平面の中空マイクロ繊維に対して15°傾いて
次の面では15°戻りさらに次の面では傾きの中心も方向も逆に15°傾いてそ
れから戻るというのを繰り返している。ここで1つの平面における中空マイクロ
繊維は互いに平行である。この変形態様の利点はのとおりである。この変形態
様では、中空マイクロ繊維の中空スペース部分の開口端部が環状フランジ外側の
外周全体で露呈することはない。つまり最も端の繊維における2種類の15°の
傾きによって、対応する頂角が150°の繊維空白域ができ、フランジ側部が切
欠かれることになる。反対側の端の繊維においても同様の切欠きフランジ側部が
でき、これら対向しあう切欠き側部は中空繊維の開口端部を、一切、有していな
いということである。この開口端部のない側部を用いて、たとえば、中空繊維の
壁表面に位置した電極をつなぐ余地がうまれる。
According to yet another embodiment, the frame is made as an annular flange and hollow microfibers are arranged in each of parallel planes, wherein the hollow microfibers located in each plane are adjacent. With respect to the plane hollow microfibers, the inclination is repeated at 15 ° and returns to 15 ° on the next surface, and the center and direction of the inclination is reversed at 15 ° and then returns on the next surface. Here, the hollow microfibers in one plane are parallel to each other. The advantage of this variation is as follows. In this modification, the open end of the hollow space portion of the hollow microfiber is not exposed on the entire outer periphery outside the annular flange. In other words, the two types of 15 ° inclinations at the endmost fibers create a fiber blank region with a corresponding apex angle of 150 °, and the flange side is cut off. A similar notched flange side is created on the opposite end fiber, which means that these opposing notched sides do not have any open ends of the hollow fibers. The side without the open end is used to provide space for connecting electrodes located on the wall surface of the hollow fiber, for example.

【0027】 損傷しないように、スタックの中空マイクロ繊維に、保護用織物を設けてもよ
い。この保護織物は、フレームの内側縁部に取り付けられて、フレーム内の中空
マイクロ繊維が露呈する表面全部を覆うように拡がっていると、好ましい。この
ような保護織物はまた、フレームの上面側と底面側との両方にも設けられている
と好ましい。そしてこの保護織物は、たとえば紡糸織物や、プラスチックガーゼ
または、他の適切な材料として、造ることができる。
[0027] To prevent damage, the hollow microfibers of the stack may be provided with a protective fabric. Preferably, the protective fabric is attached to the inner edge of the frame and extends to cover the entire exposed surface of the hollow microfibers in the frame. Preferably, such a protective fabric is also provided on both the top and bottom sides of the frame. The protective fabric can then be made, for example, as spun fabric, plastic gauze or other suitable material.

【0028】 本発明の装置の中空マイクロ繊維の相当外径はおよそ1μmから1000μm、
特におよそ50μmから280μmである。このような大きさの中空繊維だとスタ
ック内で配列しやすく、取扱いも容易である。さらに加えて、表面/容積比率が
極めて優れたものとなる。
The equivalent outer diameter of the hollow microfiber of the device of the present invention is approximately 1 μm to 1000 μm,
In particular, it is about 50 μm to 280 μm. Hollow fibers of such a size are easy to arrange in a stack and easy to handle. In addition, the surface / volume ratio is very good.

【0029】 本発明の範囲内では、このような中空マイクロ繊維で、さらに、およそ0.0
1μmから15μmの肉厚を有するものが、特に利用される。このような種類の中
空マイクロ繊維では、構造的形状により適切な安定性が確保されるため、現状技
術による平面的な薄い2極性フィルムとは異なり、肉厚が薄いにもかかわらず安
定させるための支持が不要である。
Within the scope of the present invention, such hollow microfibers may further comprise approximately 0.0
Those having a thickness of 1 μm to 15 μm are particularly used. In such a kind of hollow microfiber, appropriate stability is ensured by the structural shape, and therefore, unlike the flat thin bipolar film according to the state of the art, it is necessary to stabilize it despite its thin thickness. No support is required.

【0030】 電解流体を収容するタンクを造るために、この装置が、これらの中空マイクロ
繊維の端部が、第1のスタックの各中空マイクロ繊維の各端部の一方に接続する
中空マイクロ繊維のスタックをさらに有していると好ましい。この場合、電解流
体は、本発明の方法で使うときまで、貯蔵用中空繊維のスタック内に収容してお
くことができる。反応用中空繊維のスタックと、たとえば炭素ナノ繊維、PTFE、
PEEKK、TPXなどから作る貯蔵用中空繊維のスタックとが、スタック状に積み重ね
られた繊維層として配列されていると好ましい。2個のスタックを互いに接続す
るとき、たとえば単純な管やホースの接続手段を使って行うことができ、これに
よって、中空繊維内部に保管された液体と共に、壁内に保管された液体があれば
それも、反応に必要な、中空スペース部分および/または中空繊維の外側スペー
ス部分につながる。バルブを、このホースや管の連接部に内蔵し、電解流体が貯
蔵用中空繊維のスタック内に逆流しないようにしている。供給レギュレータが2
つのステープルどうしの間に接続されて、保管中空繊維のスタックから反応に必
要な中空繊維のスタックへの電解流体の、供給制御を行うようになっていると好
ましい。このようにして、本発明の方法で電解流体が消費されると連続的に電解
流体が補充される。アノードで5kWhのエネルギーを取り込むのに8から10Lの
水を消費する。
In order to create a tank containing the electrolytic fluid, the apparatus comprises a hollow microfiber having one end connected to one end of each hollow microfiber of the first stack. It is preferable to further have a stack. In this case, the electrolytic fluid may be contained in a stack of storage hollow fibers until used in the method of the invention. Stack of hollow fibers for reaction, for example carbon nanofiber, PTFE,
A stack of storage hollow fibers made from PEEKK, TPX, etc., is preferably arranged as a fiber layer stacked in a stack. The connection of the two stacks to each other can be done, for example, by means of a simple tube or hose connection, so that any liquid stored inside the wall, together with the liquid stored inside the hollow fiber, It also leads to the hollow space part and / or the outer space part of the hollow fiber required for the reaction. A valve is incorporated in the hose or tube connection to prevent the electrolyte fluid from flowing back into the storage hollow fiber stack. Supply regulator is 2
Preferably, it is connected between two staples to control the supply of electrolytic fluid from the stack of stored hollow fibers to the stack of hollow fibers required for the reaction. In this way, when the electrolytic fluid is consumed in the method of the present invention, the electrolytic fluid is continuously replenished. The anode consumes 8 to 10 L of water to take up 5 kWh of energy.

【0031】 種々のスタックについて、相互に接続し、フレームをつけ、重ねることができ
る。さらなる貯蔵用スタックの中空マイクロ繊維が、電解流体を、繊維の内側の
中空スペース部分と繊維の壁内との両方に保管できて、可能な限り大きい保管容
量を達成するように、造られていると好ましい。また、貯蔵用中空繊維のフレー
ムが閉鎖された容器内に適合して、電解流体がこの容器内で、中空スペース部分
の内側、すなわち繊維の内径部分と、場合によっては繊維の壁内でも、そして繊
維の外側にも保管できるようになっていると、実用的である。繊維どうしの中間
部分が小さいために、保管した液体は、繊維の外側スペース部分でも、過剰な前
後の跳ね返りを起こさない。
The various stacks can be interconnected, framed and stacked. The hollow microfibers of the additional storage stack are constructed so that the electrolytic fluid can be stored both in the hollow space inside the fibers and in the walls of the fibers, achieving the largest possible storage capacity. Is preferred. Also, the storage hollow fiber frame fits in a closed container, in which the electrolytic fluid is placed inside the hollow space part, i.e. the inner diameter part of the fiber, and possibly also in the fiber wall, and It is practical if it can be stored outside the fiber. Due to the small size of the middle part between the fibers, the stored liquid does not cause excessive back and forth bounce, even in the outer space of the fibers.

【0032】 好適な実施態様によると、この装置は、蓄積した材料の貯蔵という形態での貯
蔵媒体を有し、製造した水素ガスを貯留するように、および/または、分子ふる
いを有し、製造した酸素を貯留するようになっている。このことによって、製造
したガスは、使用するときまで確実に貯留できる。
According to a preferred embodiment, the device has a storage medium in the form of a storage of accumulated material, has a storage for the produced hydrogen gas and / or has a molecular sieve, It is designed to store oxygen. This ensures that the produced gas can be stored until it is used.

【0033】 本発明について、添付図面を参照しながら、好適な実施態様に基づいて、詳細
を述べる。
The present invention will be described in detail based on preferred embodiments with reference to the accompanying drawings.

【0034】 図1aおよび1bに、本発明の方法を実施するのに適した、中空繊維が、全体を
1として示されている。中空マイクロ繊維は半透過性である。つまり、ガス状の
反応生成物は未だ不透過であるが、電解中に製造したプロトンは透過可能となっ
ている。これらの中空繊維は、紡糸することによっても、フィルムを押し出して
引き続いてこのフィルムを巻き付けたりねじったりして毛管を形成することによ
っても、製造できる。スルホン酸浴などのスルホン化によって、繊維や、毛管の
製造に使うフィルムの、プロトン伝導率を高めることができる。中空マイクロ繊
維が、その壁の表面に肉厚で隔てて2つの電極を設けている。図1の場合、アノ
ード2が外側でカソード3が内側である。電極は、たとえばカーボンペーパーか
ら作ることができる。この実施態様の場合、カーボンペーパーを膜フォイルに適
用してから巻いたりねじったりする。電極を作る別の方法としては、たとえば、
フィルム上でアルミニウムのような金属の陽極酸化を行って、フィルムを金属化
するというものがある。電極は、その外側表面上を、それぞれを紡糸繊維として
造った触媒で、被覆してもよい。
1a and 1b, a hollow fiber suitable for carrying out the method according to the invention is shown as a whole. Hollow microfibers are semi-permeable. That is, gaseous reaction products are still impermeable, but protons produced during electrolysis are permeable. These hollow fibers can be produced by spinning or by extruding the film and subsequently winding or twisting the film to form a capillary. Sulfonation, such as in a sulfonic acid bath, can increase the proton conductivity of fibers and films used to make capillaries. Hollow microfibers provide two electrodes separated by a thickness on the surface of the wall. In the case of FIG. 1, the anode 2 is outside and the cathode 3 is inside. The electrodes can be made, for example, from carbon paper. In this embodiment, the carbon paper is applied to the membrane foil and then rolled or twisted. Another way to make electrodes is, for example,
There is a method of anodizing a metal such as aluminum on a film to metallize the film. The electrode may be coated on its outer surface with a catalyst, each made as a spun fiber.

【0035】 図1cは、フレーム4内での中空マイクロ繊維の配列を略図的に示したもので
ある。このフレームで、中空マイクロ繊維の端部は、たとえば接合によって、確
実に接続されている。略図を解りやすくするために、中空マイクロ繊維は4本の
み、しかも、拡大されて繊維どうしの間を広くとって示してある。実際には、中
空マイクロ繊維は密に詰まって、この図面の平面に対して垂直の方向に、フレー
ムの全高さ分にわたってスタック状に積み重なっている。フレーム4は長方形や
正方形の形状が好ましく、いっぽう中空マイクロ繊維1は互いに平行である。
FIG. 1 c schematically shows the arrangement of hollow microfibers in the frame 4. In this frame, the ends of the hollow microfibers are securely connected, for example by joining. For the sake of simplicity, only four hollow microfibers are shown, and they are enlarged to show a large space between the fibers. In effect, the hollow microfibers are tightly packed and stacked in a stack perpendicular to the plane of the drawing over the entire height of the frame. The frame 4 preferably has a rectangular or square shape, while the hollow microfibers 1 are parallel to each other.

【0036】 中空繊維スタックの別の配列のしかたが図2に示されている。この場合、フレ
ームは環状フランジとして造られており、このフランジ内で、中空マイクロ繊維
は、寸法的に安定した様式で束ねられている。中空マイクロ繊維の配置はこの図
では実線で略図的に示されている。中空マイクロ繊維の端部はそれら自体が、フ
レーム4の外側縁部まで達している。中空マイクロ繊維の個々の層は、互いに1
5°傾いて次の面では15°戻りさらに次の面では傾きの中心も方向も逆に15
°傾いてそれから戻るというのを繰り返している。したがって、最も端の繊維に
おける2種類の15°の傾きによって、繊維空白域ができ、フランジ側部が切欠
かれることになる。反対側の端の繊維においても同様の切欠きフランジ側部がで
き、これら対向しあう切欠き側部は、平らになっており、中空繊維の開口端部は
一切、露呈されていない。したがってこれらの切欠きフランジ側部5に、電極へ
の電導接続を行い、これらを電圧源につなぐための余地(場所)がうまれる。
Another arrangement of hollow fiber stacks is shown in FIG. In this case, the frame is made as an annular flange, in which the hollow microfibers are bundled in a dimensionally stable manner. The arrangement of the hollow microfibers is schematically indicated by solid lines in this figure. The ends of the hollow microfibers themselves extend to the outer edge of the frame 4. The individual layers of hollow microfibers are
Incline by 5 °, return by 15 ° on the next surface, and reverse the center and direction of the tilt by 15 on the next surface
° It repeats tilting and returning. Therefore, the two types of 15 ° inclinations at the endmost fibers create a fiber blank area, and the flange side is cut off. A similar notched flange side is created at the opposite end of the fiber, these opposing notched sides are flat and no open ends of the hollow fiber are exposed. Thus, these notched flange sides 5 have room for conducting electrical connections to the electrodes and connecting them to a voltage source.

【0037】 図3aから3cは、環状フランジ形態のフレーム4を示しており、これは図2の
実施態様に相当する。フレーム4の上面側と底面側とに、保護織物6を固定して
、フレームの限定する円形表面を覆うようにしている。この保護織物6の目的は
、フレームに取付けられた中空マイクロ繊維の損傷を防止することである。フレ
ームの、2つの切欠きフランジ端部5どうしの間に位置する、横方向の縁部表面
上には、中空繊維の開口端部7が外向きに開口している(略図を解りやすくする
ために、中空マイクロ繊維のいくつかだけを、しかも拡大して示してある)。以
下に、このようなフレームの大きさの1例をあげておく。 内径Di 9cm 外径Do 11.2cm 2つのフランジ端部5どうしの間の距離a 10.5mm 厚さd 0.3cm
FIGS. 3 a to 3 c show a frame 4 in the form of an annular flange, which corresponds to the embodiment of FIG. The protective fabric 6 is fixed to the upper surface side and the bottom surface side of the frame 4 so as to cover a limited circular surface of the frame. The purpose of this protective fabric 6 is to prevent damage to the hollow microfibers attached to the frame. Open ends 7 of the hollow fibers open outwardly on the lateral edge surface of the frame, located between the two notched flange ends 5 (for clarity of illustration). Only some of the hollow microfibers are shown, and in an enlarged manner). An example of such a frame size will be described below. Inside diameter Di 9cm Outside diameter Do 11.2cm Distance between two flange ends 5 a 10.5mm Thickness d 0.3cm

【0038】 内包されている中空マイクロ繊維の数や径に応じて、中空繊維に3m2から6m2 の自由面が達成される。これは、非常に小さなスペース部分であっても大きな反
応表面が適用可能になっているということである。
Depending on the number and diameter of the enclosed hollow microfibers, a free surface of 3 m 2 to 6 m 2 is achieved in the hollow fibers. This means that large reaction surfaces can be applied even in very small spaces.

【0039】 フレームの大きさや形状は、上記に限定されるものでなく、他の大きさや形状
でも無論可能である。大きさに関するかぎり、個々のサイズとして、上記のデー
タからのずれは、±50%の範囲であることを、みずから明示している。図3b
に最もよく示されているとおり本発明の装置は、断面では平らなディスクのよう
に造られているので、この種のいくつかの装置をスタック状に積重ねて水素の収
率を高めることもできる。
The size and shape of the frame are not limited to the above, and other sizes and shapes are of course possible. As far as the size is concerned, it clearly indicates that the deviation from the above data as an individual size is in the range of ± 50%. Fig. 3b
Since the device of the present invention is constructed as a flat disk in cross-section, as best shown in Fig. 5, several such devices can also be stacked in a stack to increase the hydrogen yield. .

【0040】 本発明の方法を圧力下で実施するときは、個々のスタックは、適切な圧力ハウ
ジングに入れることになる。このようなハウジングは、現状技術で公知のものが
あり、ここでの詳細な説明は省く。
When performing the method of the present invention under pressure, the individual stacks will be placed in suitable pressure housings. Such housings are known in the state of the art and need not be described in detail here.

【0041】 図4aおよび4bは、本発明の装置のフレーム4を示したものである。このフレ
ームは、両電極用に端子8、9を設けている。フレーム4自体は、誘電性材料か
ら作られている。図4aに示された設備によれば、いくつかのフレームをスタッ
ク状に積重ねることによって、フレーム4に内包された中空マイクロ繊維の電極
を直列につなぐことができる。
4a and 4b show a frame 4 of the device according to the invention. This frame is provided with terminals 8 and 9 for both electrodes. The frame 4 itself is made of a dielectric material. According to the equipment shown in FIG. 4a, the hollow microfiber electrodes contained in the frame 4 can be connected in series by stacking several frames in a stack.

【0042】 図4bは、図4aのフレーム4を断面で示したもので、ここでは、略図を解りや
すくするために、フレーム4まで延びる中空マイクロ繊維2を1本だけ示してあ
る。中空マイクロ繊維1の外側表面上には、中空繊維でできた両電極の一方10
があり、これはアノードまたはカソードとして使用できる。中空マイクロ繊維1
の電極10は、フレームの外周上に位置する対応端子9に直接接触している。中
空マイクロ繊維1の内側表面上にある、中空繊維での他方の電極(図示せず)に
おいては、フレーム4からのリードがフレームのもう一つの端子8に延びている
FIG. 4b shows the cross section of the frame 4 of FIG. 4a, in which only one hollow microfiber 2 extending to the frame 4 is shown for the sake of clarity. On the outer surface of the hollow microfiber 1, one of the two electrodes made of hollow fiber 10
Which can be used as anode or cathode. Hollow microfiber 1
Are directly in contact with corresponding terminals 9 located on the outer periphery of the frame. At the other electrode (not shown) of the hollow fiber, on the inner surface of the hollow microfiber 1, the lead from the frame 4 extends to another terminal 8 of the frame.

【0043】 カソードが、中空マイクロ繊維1の内側表面上にあるならば、本発明の電解方
法の水素は、繊維の外側表面上で発生し、ここでアノードを形成する。この場合
、アノードの接触はハウジングに直接なされる。
If the cathode is on the inner surface of the hollow microfiber 1, the hydrogen of the electrolysis method of the invention is generated on the outer surface of the fiber, where it forms the anode. In this case, the anode contact is made directly to the housing.

【0044】 貯蔵用に設計された中空マイクロ繊維も、同様に造られたフレーム内で、同様
に配列されてよい。ただし、電気リードは不要である。
[0044] Hollow microfibers designed for storage may likewise be arranged in a similarly constructed frame. However, no electrical leads are required.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1a】 本発明の方法で使用する中空繊維の縦断面図である。FIG. 1a is a longitudinal sectional view of a hollow fiber used in the method of the present invention.

【図1b】 図1aの中空繊維の横断面図である。FIG. 1b is a cross-sectional view of the hollow fiber of FIG. 1a.

【図1c】 中空繊維のスタックの略図である。FIG. 1c is a schematic illustration of a stack of hollow fibers.

【図2】 中空繊維のスタックの別の実施態様である。FIG. 2 is another embodiment of a stack of hollow fibers.

【図3a】 図2の実施態様である。ただし、保護織物を有するものである。FIG. 3a is the embodiment of FIG. However, it has a protective fabric.

【図3b】 図3aの実施態様の側面図である。FIG. 3b is a side view of the embodiment of FIG. 3a.

【図3c】 図3aの実施態様の斜視図である。FIG. 3c is a perspective view of the embodiment of FIG. 3a.

【図4a】 中空マイクロ繊維を除いたフレームの略図であり、特に、電極への導電接続を
示すものである。
FIG. 4a is a schematic view of a frame without hollow microfibers, specifically showing conductive connections to electrodes.

【図4b】 図3aの立断面図である。FIG. 4b is a sectional elevation view of FIG. 3a.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 中空マイクロ繊維 2 アノード 3 カソード 4 フレーム 5 切欠きフランジ側部 6 保護織物 7 開口端部 8 端子 9 端子 10 電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Hollow micro fiber 2 Anode 3 Cathode 4 Frame 5 Notch flange side 6 Protective fabric 7 Open end 8 Terminal 9 Terminal 10 Electrode

【手続補正書】特許協力条約第34条補正の翻訳文提出書[Procedural Amendment] Submission of translation of Article 34 Amendment

【提出日】平成13年5月25日(2001.5.25)[Submission date] May 25, 2001 (2001.5.25)

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】特許請求の範囲[Correction target item name] Claims

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正の内容】[Contents of correction]

【特許請求の範囲】[Claims]

【請求項13】 分子ふるいを有して、製造した酸素を貯留することを、特
徴とする請求項8から10のいずれか1つに記載の装置。
13. The device according to claim 8, comprising a molecular sieve for storing the produced oxygen.

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成13年11月29日(2001.11.29)[Submission date] November 29, 2001 (2001.11.29)

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】請求項8[Correction target item name] Claim 8

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正の内容】[Contents of correction]

【手続補正2】[Procedure amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0042[Correction target item name] 0042

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正の内容】[Contents of correction]

【0042】 図4bは、図4aのフレーム4を断面で示したもので、ここでは、略図を解りや
すくするために、フレーム4まで延びる中空マイクロ繊維を1本だけ示してあ
る。中空マイクロ繊維1の外側表面上には、中空繊維でできた両電極の一方10
があり、これはアノードまたはカソードとして使用できる。中空マイクロ繊維1
の電極10は、フレームの外周上に位置する対応端子9に直接接触している。中
空マイクロ繊維1の内側表面上にある、中空繊維での他方の電極(図示せず)に
おいては、フレーム4からのリードがフレームのもう一つの端子8に延びている
FIG. 4b shows the cross section of the frame 4 of FIG. 4a, in which only one hollow microfiber 1 extending to the frame 4 is shown for the sake of clarity. On the outer surface of the hollow microfiber 1, one of the two electrodes made of hollow fiber 10
Which can be used as anode or cathode. Hollow microfiber 1
Are directly in contact with corresponding terminals 9 located on the outer periphery of the frame. At the other electrode (not shown) of the hollow fiber, on the inner surface of the hollow microfiber 1, the lead from the frame 4 extends to another terminal 8 of the frame.

【手続補正3】[Procedure amendment 3]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】図4b[Correction target item name] Fig. 4b

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正の内容】[Contents of correction]

【図4b】 図4aの立断面図である。FIG. 4b is an elevational sectional view of FIG. 4a .

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SL,SZ,TZ,UG,ZW ),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU, TJ,TM),AE,AG,AL,AM,AT,AU, AZ,BA,BB,BG,BR,BY,CA,CH,C N,CR,CU,CZ,DE,DK,DM,DZ,EE ,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,HR, HU,ID,IL,IN,IS,JP,KE,KG,K P,KR,KZ,LC,LK,LR,LS,LT,LU ,LV,MA,MD,MG,MK,MN,MW,MX, NO,NZ,PL,PT,RO,RU,SD,SE,S G,SI,SK,SL,TJ,TM,TR,TT,TZ ,UA,UG,US,UZ,VN,YU,ZA,ZW──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (81) Designated country EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LU, MC, NL, PT, SE ), OA (BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, GM, KE, LS, MW, SD, SL, SZ, TZ, UG, ZW), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AE, AG, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, CA, CH, CN, CR, CU, CZ, DE, DK, DM, DZ, EE, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, HR , HU, ID, IL, IN, IS, JP, KE, KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MA, MD, MG, MK, MN, MW, MX, NO, NZ, PL, PT, RO, RU, SD, SE, SG, SI, SK, SL, TJ, TM, TR, TT, TZ, UA, UG, US, UZ, VN, YU, ZA , ZW

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電解によって水素を得る方法において、第1電解質を中空マ
イクロ繊維(1)の内部に供し、この中空マイクロ繊維の壁を隔ててその表面に
アノード(2)とカソード(3)とを配し、第2電解質を中空マイクロ繊維(1
)の外側に供してこの中空繊維の外側壁のまわりを流れるようにし、そしてアノ
ード(2)とカソード(3)との間に電圧を印加することを含むことを特徴とす
る方法。
In a method for obtaining hydrogen by electrolysis, a first electrolyte is provided inside a hollow microfiber (1), and an anode (2) and a cathode (3) are provided on the surface of the hollow microfiber via a wall thereof. And the second electrolyte is replaced with hollow microfibers (1).
) To flow around the outer wall of the hollow fiber and applying a voltage between the anode (2) and the cathode (3).
【請求項2】 第1電解質と第2電解質とが、本質的に同じ組成であること
を特徴とする、請求項1記載の方法。
2. The method according to claim 1, wherein the first and second electrolytes have essentially the same composition.
【請求項3】 電解質の少なくとも一方が、前もって濾過された廃水である
ことを特徴とする、請求項1または2記載の方法。
3. The method according to claim 1, wherein at least one of the electrolytes is pre-filtered wastewater.
【請求項4】 第1電解質を複数の部分流に分けて、これらの部分流を、平
行な平面のそれぞれに位置する複数の中空マイクロ繊維(1)内に導入し、第2
電解質を、平行な平面のそれぞれに位置する中空マイクロ繊維(1)の外側壁の
まわりを流れるように供することを特徴とする、請求項1から3のいずれか1つ
に記載の方法。
4. Dividing the first electrolyte into a plurality of partial streams and introducing these partial streams into a plurality of hollow microfibers (1) located in respective parallel planes,
Method according to one of the preceding claims, characterized in that the electrolyte is provided to flow around the outer wall of hollow microfibers (1) located in each of the parallel planes.
【請求項5】 実質的に100℃より低い温度で実施されることを特徴とす
る、請求項1から4のいずれか1つに記載の方法。
5. The method according to claim 1, wherein the method is carried out at a temperature substantially lower than 100 ° C.
【請求項6】 実質的に95℃より低い温度で実施されることを特徴とする
、請求項5に記載の方法。
6. The method according to claim 5, wherein the method is performed at a temperature substantially lower than 95 ° C.
【請求項7】 第1あるいは第2電解質を、1本または複数本の中空マイク
ロ繊維の内部に導入する前に、あるいは中空マイクロ繊維の外側壁のまわりに供
する前に、それら電解質の少なくとも一方を、1本または数本の中空マイクロ繊
維内部に収容することを特徴とする、請求項1から6のいずれか1つに記載の方
法。
7. Prior to introducing the first or second electrolyte into one or more hollow microfibers, or providing the first or second electrolyte around the outer wall of the hollow microfibers, at least one of the electrolytes is used. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that it is housed inside one or several hollow microfibers.
【請求項8】 電解によって水素を得る装置において、スタック状に積重ね
られた複数の中空マイクロ繊維(1)、この中空マイクロ繊維(1)の内側表面
と外側表面とに設けられたアノード(2)とカソード(3)、および中空マイク
ロ繊維(1)の端部が寸法が安定した形態でその中に束ねられるフレーム(4)
とを備えることを特徴とする装置。
8. An apparatus for obtaining hydrogen by electrolysis, comprising a plurality of hollow microfibers (1) stacked in a stack, and an anode (2) provided on an inner surface and an outer surface of the hollow microfibers (1). And the frame (4) in which the ends of the cathode (3) and the hollow microfiber (1) are bundled in a dimensionally stable form
An apparatus comprising:
【請求項9】 中空マイクロ繊維(1)がスタック内部で互いに平行に配列
されて、フレーム(4)が長方形または正方形の形状であることを特徴とする、
請求項8記載の装置。
9. The frame (4) is characterized in that the hollow microfibers (1) are arranged parallel to each other inside the stack and the frame (4) is rectangular or square in shape.
An apparatus according to claim 8.
【請求項10】 フレームが環状フランジとして造られて、ここで、中空マ
イクロ繊維(1)が、互いに平行な平面のそれぞれに不規則に設けられているこ
とを特徴とする、請求項8記載の装置。
10. The method as claimed in claim 8, wherein the frame is constructed as an annular flange, wherein the hollow microfibers (1) are arranged irregularly in each of the planes parallel to one another. apparatus.
【請求項11】 フレーム(4)が環状フランジとして造られて、ここで、
中空マイクロ繊維(1)が、平行な平面のそれぞれに設けられて、各平面に位置
する中空マイクロ繊維が、隣接する平面の中空マイクロ繊維に対して15°傾い
ていることを特徴とする、請求項8記載の装置。
11. The frame (4) is made as an annular flange, wherein:
The hollow microfibers (1) are provided in each of parallel planes, and the hollow microfibers located in each plane are inclined by 15 ° with respect to the hollow microfibers in the adjacent plane. Item 10. The apparatus according to Item 8.
【請求項12】 中空マイクロ繊維(1)が、実質的に1μmから1000
μm、特に実質的に50μmから280μmの相当外径を有することを特徴とする
、請求項8から11のいずれか1つに記載の装置。
12. The method according to claim 1, wherein the hollow microfibers (1) are substantially from 1 μm to 1000 μm.
Device according to one of the claims 8 to 11, characterized in that it has an equivalent outer diameter of μm, in particular substantially between 50 μm and 280 μm.
【請求項13】 中空マイクロ繊維(1)が、実質的に0.01μmから1
5μmの壁厚を有することを特徴とする、請求項8から12のいずれか1つに記
載の装置。
13. The method according to claim 1, wherein the hollow microfibers (1) are substantially from 0.01 μm to 1 μm.
Device according to one of the claims 8 to 12, characterized in that it has a wall thickness of 5 μm.
【請求項14】 中空マイクロ繊維のスタックをさらに有し、これらの中空
マイクロ繊維の端部が、第1のスタックの各中空マイクロ繊維の端部の一方と接
続していることを、特徴とする請求項8から13のいずれか1つに記載の装置。
14. The method according to claim 1, further comprising stacks of hollow microfibers, wherein the ends of these hollow microfibers are connected to one of the ends of each hollow microfiber of the first stack. Apparatus according to any one of claims 8 to 13.
【請求項15】 蓄積した材料の貯蔵という形態での貯蔵媒体を有し、製造
した水素ガスを貯留することを、特徴とする請求項8から14のいずれか1つに
記載の装置。
15. The device according to claim 8, comprising a storage medium in the form of a storage of the stored material, for storing the produced hydrogen gas.
【請求項16】 分子ふるいを有して、製造した酸素を貯留することを、特
徴とする請求項8から13のいずれか1つに記載の装置。
16. The device according to claim 8, comprising a molecular sieve for storing the produced oxygen.
JP2000613859A 1999-04-25 2000-04-04 Method and apparatus for obtaining hydrogen Pending JP2002543285A (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19918680 1999-04-25
DE19918680.4 1999-04-25
PCT/EP2000/002973 WO2000065129A1 (en) 1999-04-25 2000-04-04 Method and device for obtaining hydrogen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2002543285A true JP2002543285A (en) 2002-12-17

Family

ID=7905747

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000613859A Pending JP2002543285A (en) 1999-04-25 2000-04-04 Method and apparatus for obtaining hydrogen

Country Status (6)

Country Link
EP (1) EP1177332A1 (en)
JP (1) JP2002543285A (en)
AU (1) AU4542600A (en)
CA (1) CA2371170A1 (en)
DE (1) DE10016591C2 (en)
WO (1) WO2000065129A1 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002038495A1 (en) * 2000-11-12 2002-05-16 Klaus Rennebeck Method and device for obtaining hydrogen by means of a catalytic micro-hollow fibre reformer
EP1329968A3 (en) * 2002-01-04 2007-04-04 Klaus Rennebeck Film having a function, process for the manufacture of such a film having a function and use thereof
DE10359509B4 (en) * 2003-11-28 2005-12-29 Roiner, Franz, Prof. Production of gases, especially hydrogen and oxygen, comprises electrolysis of liquid, especially water, containing material which adsorbs gases
US10390494B2 (en) * 2016-01-20 2019-08-27 Nano Evaporative Technologies, Inc. Hydroponic electroculture system and methods of use

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6004691A (en) * 1995-10-30 1999-12-21 Eshraghi; Ray R. Fibrous battery cells
EP1018495B1 (en) * 1996-01-21 2004-05-19 Klaus Rennebeck Method of making hollow microfibres of ceramic material
JP3215650B2 (en) * 1996-05-23 2001-10-09 日本碍子株式会社 Electrochemical cell, method for producing the same, and electrochemical device
WO1999045172A1 (en) * 1998-03-01 1999-09-10 Klaus Rennebeck Method and device for obtaining synthesis gas

Also Published As

Publication number Publication date
DE10016591C2 (en) 2003-04-10
AU4542600A (en) 2000-11-10
DE10016591A1 (en) 2000-10-26
EP1177332A1 (en) 2002-02-06
WO2000065129A1 (en) 2000-11-02
CA2371170A1 (en) 2000-11-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5928808A (en) Fibrous electrochemical feed cells
US5989300A (en) Process of producing electrochemical products or energy from a fiberous electrochemical cell
EP0241432B1 (en) Gas permeable electrode
CA2417682C (en) Microcell electrochemical devices and assemblies, and method of making and using the same
CA2364447C (en) Production of tubular fuel cells, fuel cell modules, base elements and ion exchanger membranes
US6444339B1 (en) Microcell electrochemical device assemblies with thermal management subsystem, and method of making and using the same
JP6267691B2 (en) Gas permeable electrode and electrochemical cell
WO2005057700A1 (en) Porous and continuous composite membrane and method of preparing the same
US6399232B1 (en) Series-connected microcell electrochemical devices and assemblies, and method of making and using the same
JP4697378B2 (en) Gas diffusing electrode, method for producing the same, conductive ionic conductor, and electrochemical device
US6403517B1 (en) System and process for manufacturing microcell electrochemical devices and assemblies
KR20000069902A (en) Surface replica fuel cell for micro fuel cell electrical power pack
CN101939872A (en) Redox battery
AU2001282953A1 (en) Series-connected microcell electrochemical devices and assemblies, and method of making and using the same
EP1805835A2 (en) Microfibrous fuel cell assemblies comprising fiber-supported electrocatalyst layers, and methods of making same
US6495281B1 (en) Microcell electrochemical devices assemblies with corrosion management subsystem, and method of making and using the same
US6403248B1 (en) Microcell electrochemical devices assemblies with water management subsystem, and method of making and using the same
EP1344844A1 (en) Apparatus for producing hydrogen, electrochemical device, method for producing hydrogen and method for generating electrochemical energy
JP2002543285A (en) Method and apparatus for obtaining hydrogen
CN117512651A (en) Electrode for preparing hydrogen peroxide by electrocatalytic oxygen reduction
JPH1092448A (en) Supporting body for solid electrolyte type fuel cell, unit cell for solid electrolyte type fuel cell and manufacture of supporting body for solid electrolyte type fuel cell
JPH09120827A (en) Solid polymer electrolyte fuel cell
CN1205684C (en) Proton exchange film and its preparation method
CN113802132B (en) System and method for artificial photosynthesis
NL1018720C2 (en) Electrochemical cell based on hollow-fiber membranes.